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Funciones de los sistemas para el diseño electrónicos: Las herramientas EDA se dividen en 4 partes la primera CAD que se perfila de mayor manera en el dibujo de los circuitos electrónicos, CAE que apoya en las simulaciones de los circuitos electrónicos analógicos y digitales, CAT que sirve para hacer pruebas a los circuitos como Xtalk, ruido, temperatura, etc. Y CAM que ayuda a crear de manera física ya un prototipo para continuar con pruebas y depuración físicas y comenzar con la fabricación de los circuitos. A continuación, se presentan algunas de las funciones más relevantes de las herramientas EDA. Se puede usar un diseño jerárquico, es decir, un componente en particular se puede definir como un módulo que se representar mediante un diagrama del circuito más. que incluye la parametrización de los valores de los componentes del subcircuito con un soporte completo para los buses incluyendo puertos para sub-circuitos. Posee una sofisticada gestión de propiedades de los componentes, plantillas de estilo y personalización completa de la apariencia esquemática (anchos de línea, estilos de relleno, colores, fuentes, etc.) Salida a cualquier dispositivo de impresión de Windows en color o blanco y negro. comandos adicionales proporcionan para copiar el esquema en el portapapeles y para la salida de mapa de bits de Windows (BMP), metarchivo de Windows (WMF), HPGL, DXF y archivos gráficos EPS. Gráfica de exportación en formato WMF, BMP, DXF, EPS y en formato HPGL . Capacidades Netlist en una docena de diferentes formatos incluyendo Tango, Boardmaker, Racal, Futurenet y EEDesigner. Además da una vista previa del PCB, mientras que se seleccionan componentes y se crean nuevas librerías con una completa y totalmente configurable lista de materiales de presentación de informes y verificación del reglamento eléctrico. Para ISIS de Proteus este posee el Visual Packaging Tool que simplifica enormemente el proceso de asignación de números de patas para nuevos componentes. Poseen diversas bibliotecas de dispositivos como TTL, CMOS, ECL, microprocesador, memoria y circuitos integrados analógicos más librerías con cientos de los llamados bipolares, FET y diodos semiconductores discretos. También se incluyen las bibliotecas específicas del fabricante de National Semiconductor, Philips, Motorols, Teccor, Texas Instruments, Dallas y Zetex entre otros Para el diseño de un PCB se puede hacer autoruteo. Además, posee normas de diseño que comprueban cada pista como usted lo coloca y advierte que si las normas de diseño (físico / eléctrico) están rotos. Esto se complemente con el uso de bibliotecas Suministradas que abarcan una amplia gama de componentes incluyendo todas las más comunes IC, transistores, diodos y tipos de conectores de embalaje. También, de serie, la totalidad de bibliotecas de la CEI y huellas SMT que incluyen todos los estilos estándar de paquetes discretos y IC para la creación de un PCB.1

1

Cfr. http://www.cadence.com/products/orcad/pages/default.aspx.

Ahora si se desea una fabricación de los PCB’s estos programas tienen la capacidad básica para la salida de su PCB para impresoras estándar de Windows, ARES proporciona un controlador de HPGL optimizado para plotters, y un conjunto completo de características para la fabricación de tablero de profesionales. Usando ODB++ que es el principal formato compatible con la producción manufacturera. ODB + + es el más inteligente de CAD / CAM formato de intercambio de datos disponibles en la actualidad, la captura de todos los CAD / EDA, el montaje y el conocimiento de fabricación de PCB en una sola base de datos unificada. También, posee un ODB + + Viewer, que permite inspeccionar su salida antes de enviarlo a la fabricación. Se da por la tradicional salida Gerber con el apoyo tanto en el RS274D y los nuevos formatos RS274X mientras que un archivo de formato estándar Excellon se produce para las máquinas de perforación. Además, un archivo ASCII lista de posiciones de los componentes y las orientaciones que se produce para su uso con pick and place maquinaria. Además, también se puede hacer una visualización 3D que proporciona una manera de sacar una presentación y ver la tabla tal y como aparecería en la vida real. Una ventaja para circuitos lógicos digitales con analógicos es la capacidad de poder simular y compilar un microprocesador, así como, Automatiza la integración de las matrices de puertas programables de campo (FPGAs) y lógica de dispositivos programables (PLD) con un flujo de datos bidireccional a través de la exportación/ importación de FPGA, reduciendo así el tiempo de diseño. Diseñando circuitos digitales con el VHDL o Verilog ® Editor de texto. También, la ventaja de VSM se da solo en Proteus Design Suite que es totalmente único en ofrecer la posibilidad de co-simular tanto el código de micro-controlador de alto y de bajo nivel en el contexto de una simulación de circuitos SPICE en modo mixto. Con esta instalación del sistema de modelado virtual, usted puede transformar su ciclo de diseño de producto, obteniendo enormes beneficios en términos de reducción del tiempo de salida al mercado y reducir los costes de desarrollo. Esto también incluye la posibilidad de una depuración del código de fuente, el cual funciona igual que el depurador software favorito, excepto que a medida que paso el código, se puede observar el efecto en el diseño entera - incluyendo todos los componentes electrónicos externos al microcontrolador. Dando la posibilidad de poder interactuar con el diseño de indicadores de la pantalla utilizando como LED y pantallas LCD y actuadores, tales como interruptores y botones. La simulación se lleva a cabo en tiempo real (o lo suficientemente cerca de ella): un 1GMHz Pentium III puede simular un sistema que registra de base 8051 en más de 12MHz. Proteus VSM también ofrece amplias instalaciones, incluyendo la depuración de los puntos de interrupción, la pantalla paso a paso y variable para el código de la asamblea y tanto fuente de alto nivel de idioma. 2

2

Cfr. http://www.labcenter.com/index.cfm.

Composición típica de las herramientas de diseño: Normalización: Muchos países han creado sus Organismos de Normalización, pero se tiende a la adopción de las Normas Internacionales ISO. Normalmente se puede adaptar las normas generales a las necesidades de la fabricación de algún objeto, como en este caso un circuito. Con ello se tiene a las normas ISO 9001, ISO 9002 e ISO 9003 que corresponden a los requisitos de aseguramiento de la calidad, en este caso si el circuito realizado se puede comercializar, se necesita tener en cuenta la calidad de desarrollo. Se creó la también el ISO 128 que cuenta con un resumen de las reglas generales para la ejecución de dibujos técnicos, así como la presentación de la estructura. Además se describen las convenciones básicas de líneas , puntos de vista , cortes y secciones , y diferentes tipos de dibujos de ingeniería , por con siguiente Orcad cuenta con las reglas para un adecuado desarrollo. Por otro lado se creó el formato EDIF (Electronic Design Interchange Format) el cual es un estándar industrial para facilitar el intercambio de datos de diseño electrónico entre sistemas EDA. Este formato de intercambio está diseñado para tener en cuenta cualquier tipo de información eléctrica, incluyendo diseño de esquemas, trazado de pistas, conectividad, e información de texto, como por ejemplo las propiedades de los objetos de un diseño. El espacio está limitado a una única hoja de tamaño DIN A4. La norma DIN 476 del Instituto Alemán de Normalización (Deutsches Institut für Normung en alemán), trata de los formatos de papel basada en la norma internacional ISO 216. Din A4 cuenta con un ancho de 21.0 cm y de largo 29.7 cm. La versión Orcad 9.1 difundido para estudiantes, tiene cierta limitación en la funcionalidad y en las librerías: Está limitado a 64 nudos. 10 transistores. 65 dispositivos digitales. Referente a las librerías: 1. Incluyen un total de 39 componentes analógicos y 134 digitales. 2. No permite guardar librerías con más de 15 componentes. Se puede agregar librerías. En cada objeto se puede otorgar propiedades. Por partes de las librerías, entre las más utilizadas tenemos:  ABM: Cuenta con varios diagramas de bloques como el Simulink, VisSim o Scilab, además de filtros para señales y bloques que permiten la manipulación algebraica de impulsos tales como multiplicación, suma y funciones trigonométrica.

 ADV_LIN, ANLG_DEV, APEX, BURR_BRN, COMLINR, JOPAMP: Cuenta con gran cantidad de amplificadores operacionales.  ANALOG: Cuenta con capacitores, inductores, amplificadores ideales, transformadores, resistencias, etc.  BIPOLAR, CEL, DARLNGTN, EPWRBJT, JBIPOLAR: Cuenta con varios tipos de transistores BJT y configuraciones de estos.  JFET, JJFET, JPWRMOS: Cuenta con transistores FET.  DIODE: Cuenta con varios diodos de distintos tipos.  BREAKOUT: Cuenta con varios dispositivos a los cuales se les puede variar los parámetros. Se cuenta con un grupo de herramientas al lado derecho de la pantalla para el dibujo del circuito: Select: cumple la función del mouse dentro de la hoja. Place part: abre la ventana donde se puede seleccionar los componentes, también para agregar librerías.

Se puede colocar elemento pasivos como elementos activos. Place wire: sirve para poder unir los componentes mediante cables. Place net alias: crea etiquetas para el análisis grafico. Place junction: crea un nuevo nodo en cables que se cruzan.

Place power: Crea diferentes tipos de pines de conexión de Potencial. Place ground: Planta una referencia de potencial a tierra. Place off-page conector: Interconecta páginas diferentes del mismo proyecto.

Place lines: necesario para hacer figuras o escribir. Por parte de la simulación se tiene las siguientes herramientas las cuales nos permite un adecuado desarrollo:  Se cuenta con marcadores de tensión, corriente y diferencial de tensión, además de marcadores avanzados como de fase, parte imaginaria, bode, etc.  Se puede configurar la simulación para designar que simulación queremos hacer: Transitorio, para analizar en un tiempo deseado. Barrido de continua, con el cual se puede realizar un barrido a una variable especifica como tensión o corriente. Barrido de alterna, para hacer un barrido de frecuencia, utilizando varios medios. Análisis paramétrico, para variar los parámetros y analizarlos. Herramientas para la simulación: Nueva simulación: sirve para crear una nueva simulación. Opciones para la simulación: muestra las opciones de simulación. Run: da inicio a la simulación, lo corre. Visor de resultados: para poder ver los resultados de la simulación. Marcadores: 

Sirve para marcar el nivel de voltaje respecto a tierra.



Sirve para marcar la corriente.



Sirve para marcar el diferencial de voltaje.

Polarización de voltaje: para determinar el voltaje DC. Nueva polarización de voltaje: muestra el voltaje DC en nuevos puntos. Polarización de corriente: para determinar la corriente DC. Nueva polarización de corriente: muestra la corriente DC de un nuevo punto.

Después de realizar el diagrama y configurar la simulación el siguiente paso que se puede desarrollar es la ejecución de la simulación. En la simulación se puede poner un tiempo del cual se quiere apreciar una curva (t, y), :  Run to time: sirve para determinar el tiempo total de la simulación.  Start saving data after: Establece el tiempo inicial de la simulación.  Maximum step size: para unir los puntos con líneas. Herramientas para evaluar las graficas de la simulación: Editor de propiedades: se puede editar las propiedades de una simulación. Mostrar cursor: habilita los botones de cursor. Puntos de datos: Muestra un punto gris en cada punto de toma de datos. Inserta texto: inserta un texto en el área de la simulación. Inserta función objetivo: toma una variable para aplicar una función. Inserta Función: inserta una función en el área de simulación. Log eje y: cambia a escala logarítmica el eje “y”. Análisis respectivo: de los datos realiza un recuento. Fourier: transforma una señal en el espectro de frecuencia de Fourier. Log eje x: cambia a escala logarítmica el eje “x”. Zoom fit: acerca la señal para verla más amplia. Zoom área: acerca la señal definidamente por un área. Zoom out: aleja el área de simulación. Zoom in: acerca el área de simulación. Marcador de nivel: Marca el punto en donde se encuentra el cursor. Cursor de punto: Mueve el cursor punto por punto. Cursor máximo: marca el punto máximo de la grafica. Cursor mínimo: marca el punto mínimo de la grafica. Marcado de inflexión: marca el punto de inflexión más cercano. Marcado de mínimo relativo: marca el mínimo relativo más cercano. Marcador de máximo relativo: marca el máximo relativo más cercano. En los barridos de DC se cuenta con las siguientes herramientas:  Sweep variable: indica la variable que se colocará en el eje x, entre ellos tenemos:

Voltage source: Esta simulación hace variar una fuente de voltaje de un valor a otro y crea la simulación a partir de los cambios que esta variación produce. Current source: Aplica las mismas características del barrido con fuente de voltaje, la única diferencia es que se aplica a una fuente de corriente. Global parameter: Realiza una simulación variando el valor de la resistencia, capacitancia, etc. Model parameter: Varía el valor de un modelo específico. Temperature: Hace variar la temperatura a la cual se realiza la simulación.  Sweep Type: indica como varía la variable seleccionada. Entre ellas tenemos: Linear: Hace que la variable tenga una variación lineal. Logarithmic: La variable elegida será modificada en forma logarítmica. Value List: Se seleccionan una serie de valores separados y entonces el barrido será realizado en esos puntos, los cuales serán unidos por líneas rectas. En los barridos de frecuencia se tiene las siguientes herramientas: Este análisis crea una gráfica de la forma (f, y) en donde “f” es la frecuencia en Hertz e “y” es una variable eléctrica.  Linear: Establece que la frecuencia de entrada varíe de forma lineal.  Logarithmic: Hace que la frecuencia de entrada varíe en forma logarítmica. Por último, para el desarrollo total de circuito se tiene al programa Layout nos sirve para el diseño de las placas de circuito impreso para su adecuado utilización se cuenta con herramientas. Herramientas para el diseño de una PCB: Library Manager: Abre el gestor de librerías. Delete: Borra aquello que se halla seleccionado. Find: puede ser utilizada para especificar coordenadas o alguna referencia. Edit: Presenta comando de propiedades. Spreadsheet: Presenta una lista de las hojas de cálculo disponibles. Zoom In: Aumenta áreas seleccionadas de la placa Zoom Out: Disminuye áreas seleccionadas de la placa Zoom All: Aumenta la vista de la placa hasta que se vea toda. Quero: Muestra la ventana Query,la cual lista las propiedades del objeto. Component: Permite seleccionar, añadir, mover, editar y borrar componentes. Pin: Permite seleccionar, añadir, mover, editar o borrar pines. Obstacle: Permite seleccionar, añadir, mover, editar o borrar obstáculos. Text: Permite seleccionar, añadir, mover, editar o borrar textos. Connection: Permite seleccionar, añadir, mover, editar o borrar conexiones

Error: Permite seleccionar marcadores de error debidos a mal diseño y espaciado. Color: se puede cambiar los colores de las capas u objetos. Online DRC: Habilita el chequeo de las reglas de diseño en línea. Reconnect: Habilita el modo de reconexión para mostrar u ocultar pistas o conexiones. Auto Path Route: Puede utilizarse para trazar y colocar cambios de cara de modo interactivo. Shove track: Puede utilizarse para trazar las pistas manualmente y cambiar sus posiciones. Edit Segment: Puede utilizarse para seleccionar pistas existentes y cambiar sus posiciones, mientras que layout ajusta de forma automática los ángulos y tamaños de los segmentos para mantener su conectividad. Add/edit route: Puede utilizarse para trazar manualmente las pistas. Refresh All: Minimiza las conexiones, rellena cobre y vuelve a calcular las estadísticas de la placa. Design Rule Check: Ejecuta el chequeo de las reglas de diseño. Se tiene en cuenta el siguiente diagrama, en el cual se especifica los pasos de desarrollo normalizado, en torno a la aplicación de las herramientas para el fin de crear un circuito. Cabe resaltar que las herramientas son muy necesarias para el desarrollo, no obstante sin el criterio adecuado de EDA no se podría desarrollar.3

3

Cfr. http://www.futureworkss.com/tecnologicos/electronica/manuales/manualessobreorcad.htm.

Secuencia de diseño de los dispositivos electrónicos en los sistemas de diseño: Dar inicio al programa en este caso ORCAD y crear un nuevo proyecto:

Elegir las bibliotecas a usar, en nuestro caso

que deseamos simular un circuito RC para analizar la variación de temperatura solo bastará usar la biblioteca BREAKOUT

Al finalizar esta operación ORCAD muestra la ventana SCHEMATIC donde se procederá a buscar los componentes de la biblioteca BREAKOUT. Ya que, el objetivo de esta simulación es ver la variación del circuito con la Temperatura. Basta presionar la tecla “P” o dar click en el icono

y elegir el componente.

Y se procede a crear el circuito RC con una fuente de voltaje pulsante con los valores mostrados y una resistencia de 1k ohm y un condensador de 1uF.

Para verificar que el circuito esquemático está bien armado y sin errores: PSpice -> Create Netlist y después PSpice ->View Netlist, dando una ventana con un netlist.

Para empezar la simulación: PSpice> New Simulation y elegir un nombre para la

simulación:

Elegir el tiempo de simulación y el paso.

Como se desea simular la variación de temperatura se elige en OPtions: Temperature(Sweep) y hemos elegido temperaturas de -80 -25 25 150 200 grados. Para ver como afecta la temperatura en el circuito seleccionamos la resistencia. Y editamos su modelo. Edit-> Pspice model Se abrira el programa editor de modelos que en esta versión de Pspice se llama “Orcad Model Editor”. Sustituir el valor: .model Rbreak RES R=1 por

.model Rbreak RES R=1(TC1=0.01)

Esta es la forma para cualquier componente: .model Ahora ponemos el voltaje/level marker para ver la gráfica del condensador y cómo varia esta a una temperatura diferente:

Simulación a -80º : 0V

-5GV

-10GV 0s

40us

80us

120us

160us

200us

240us

V(1k:2,0) Time

Simulación a -25º 5.35V

4.00V

2.00V

0V 0s

0.500ms

1.000ms

1.500ms

2.000ms

2.500ms

3.000ms

3.500ms

V(1k:2,0) Time

Simulación a 25º 5.05V

4.00V

2.00V

0V 0s

0.500ms

1.000ms

1.500ms

2.000ms

V(1k:2,0) Time

2.500ms

3.000ms

3.500ms

Simulación a 150º 5.02V

4.00V

2.00V

0V 0s

0.5ms

1.0ms

1.5ms

2.0ms

2.5ms

3.0ms

3.5ms

4.0ms

V(1k:2,0) Time

Simulación a 250º 4.83V

4.00V

2.00V

0V 0s

0.50ms

1.00ms

1.50ms

2.00ms

2.50ms

3.00ms

3.50ms

V(1k:2,0) Time

CONCLUSION: Como se puede apreciar en las gráficas al aumentar la temperatura para el circuito RC se cumple que al subir la temperatura la resistencia aumentará. Por lo cual, el tiempo de carga y descarga del condensador será cada vez más lenta.

3.88ms

Lenguajes de descripción de dispositivos electrónicos VHDL (lenguaje de descripción de hardware de circuitos integrados de muy alta velocidad): Viene de VHSIC (circuitos integrados de muy alta velocidad) y HDL ( Lenguaje de descripción hardware) Vhdl es usado para describir circuitos internos y la programación de FPGAs. Es un lenguaje paralelo y no secuencial, en un fpga se programa en forma de bloques cada bloque es independiente y todos son corridos a las vez, es por ellos que puede tomar velocidades altas a comparación del microcontrolador que tiene una programación secuencial. Sus partes de programación son la entidad (ENTITY) en donde se puede hacer la declaración de las entradas y salidas de un modulo(bloque) mientras que la arquitectura (ARCHITECTURE) es la descripción detallada de la estructura interna del modulo o de su comportamiento. Para generar un bucle en vhdl como se podría hacer en el lenguaje C, se hace que se repita un bloque y que se procese los datos en un ciclo de clock.4 Verilog: Es un lenguaje de descripción de hardware (HDL, del Inglés Hardware Description Language) usado para modelar sistemas electrónicos. El lenguaje, algunas veces llamado Verilog HDL, soporta el diseño, prueba e implementación de circuitos analógicos, digitales y de señal mixta a diferentes niveles de abstracción. Cabe destacar que es lo más extensamente posible HDL usado con una comunidad de usuario más del active de 50.000 diseñadores. A diferencia del lenguaje C, Verilog usa Begin/End en lugar de llaves para definir un bloque de código. Por otro lado la definición de constantes en Verilog requiere la longitud de bits con su base. Verilog no tiene estructuras, apuntadores o funciones recursivas. Finalmente el concepto de tiempo, muy importante en un HDL, no se encuentra en C. El lenguaje difiere de los lenguajes de programación convencionales, en que la ejecución de las sentencias no es estrictamente lineal. Un diseño en Verilog consiste de una jerarquía de módulos. Los módulos son definidos con conjuntos de puertos de entrada, salida y bidireccionales. Internamente un módulo contiene una lista de cables y registros. Las sentencias concurrentes y secuenciales definen el comportamiento del módulo, describiendo las relaciones entre los puertos, cables y registros. Las sentencias secuenciales son colocadas dentro de un bloque begin/end y ejecutadas en orden secuencial, pero todas las sentencias concurrentes y todos los bloques begin/end son ejecutadas en paralelo en el diseño. Un módulo puede contener una o más instancias de otro módulo para definir un sub-comportamiento.5

4 5

Cfr. http://www.seas.upenn.edu/~ese171/vhdl/vhdl_primer.html. Cfr. http://www.verilog.com